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1、第二章：TMS320C54x的硬件结构 2.1 TMS320C54x硬件结构框图 2.2 总 线 结 构 2.3 中央处理单元(CPU) 2.4 存储器和I/O空间 2.5 中 断 系 统,2.1 TMS320C54x硬件结构框图 1. TMS320C54x内部结构（3大块） (1)CPU：包括算术逻辑运算单元(ALU)、乘法器、累加器、移位寄存器、各种专门用途的寄存器、地址生成器及内部总线。 (2)存储器系统：包括片内程序ROM、片内单访问的数据RAM和双访问的数据RAM、外接存储器接口。 (3)片内外设与专用硬件电路：包括片内定时器、各种类型的串口、主机接口、片内锁相环(PLL)、时钟发生
2、器及各种控制电路。,2. TMS320C54x主要特性 C54x是一款低功耗、高性能的定点DSP芯片 （1）CPU部分 先进的多总线结构(1条程序总线、3条数据总线和4条地址总线)。 40位算术逻辑运算单元(ALU)，包括1个40位桶形移位寄存器和2个独立的40位累加器。 17位并行乘法器，与40位专用加法器相连，用于非流水线式单周期乘法/累加(MAC)运算。,（1）CPU部分（续） 比较、选择、存储单元(CSSU)：用于加法/比较选择。 指数编码器：可以在单个周期内计算40位累加器中数值的指数。 双地址生成器：包括8个辅助寄存器和2个辅助寄存器算术运算单元(ARAU)。,（2）存储器系统 1
3、92 K字可寻址存储空间：64 K字程序存储空间、64 K字数据存储空间及64 K字I/O空间，对于C548、C549、C5402、C5410和C5416等可将其程序空间扩展至8M。 片内双寻址 RAM(DARAM)。C54x中的DARAM被分成若干块。在每个机器周期内，CPU可以对同一个DARAM块寻址(访问)2次，即CPU可以在一个机器周期内对同一个DARAM块读出1次和写入1次。DARAM可以映射到程序空间和数据空间。但一般情况下，DARAM总是映射到数据空间，用于存放数据。 片内单寻址RAM(SARAM)。如C548、C5402、C5416等。,（3）片内外设 软件可编程等待状态发生器
4、。 可编程分区转换逻辑电路。 片内锁相环(PLL)和时钟发生器。 可编程串行接口（4种） 可编程定时器16位（12个） 8位或16位主机接口(HPI)。 多种节电模式：软件控制片外总线、CLKOUT、器件电压等。,（4）指令系统 单指令重复和块指令重复操作。 用于程序和数据管理的块存储器传送指令。 32位长操作数指令。 同时读入2或3个操作数的指令。 可以并行存储和并行加载的算术指令。 条件存储指令。 从中断快速返回的指令。,2.2 总 线 结 构 TMS320C54X总线结构是围绕8组16比特总线建立的。 一组程序总线PB：传送从程序存储器来的指令代码和立 即数； 三组数据总线（CB、DB）
5、：传送从数据存储器读出的操作 数； （ EB）：传送写入到数据存储器中的数据； 四组地址总线（PAB、CAB、DAB、EAB）：传送执行指令所 需的地址；,2.3 中央处理单元（CPU） C54X的CPU由运算部件、控制部件和各种寄存器组成。 1 . CPU状态和控制寄存器 C54x DSP有三个状态和控制寄存器： (1) 状态寄存器0(ST0)； (2) 状态寄存器1(ST1)； (3) 处理器工作模式状态寄存器(PMST)。 ST0和ST1中包含各种工作条件和工作方式的状态， PMST中包含存储器的设置状态及其他控制信息。,（1）状态寄存器（ST0） 功能：反映寻址要求和计算中的状态； S
6、T0的结构图：,含义： ARP 辅助寄存器指针 TC 测试/控制标志位 C进位位。 OVA /OVB 累加器A/B的溢出标志位 DP数据存储器页指针,（2）状态寄存器（ST1） 功能：反映寻址要求、计算初始状态、I/O终端控制,含义： BRAF 块重复操作标志位。 CPL 直接寻址编辑方式位 XF XF引脚状态位。 HM 保持方式位 INTM 中断方式位 。 OVM 溢出方式位 SXM 符号位扩展方式位。 C16 双16位/双精度算术运算方式位 FRCT 小数方式位。 CMPT 修正方式位 ASM 累加器移位方式位,（3）工作方式寄存器（PMSTProcessor Mode Status） 功
7、能：设定并控制处理器的工作方式，反映处理器工作状态；,含义： IPTR 中断向量指针。 微处理器/微型计算机工作方式位 OVLY RAM重复占位位。 AVIS 地址可见位,2.运算部件(6个) （1）算术逻辑单元（ALU） 功能： C54X使用40bit的ALU和2个40bit累加器（A、B）完成二进制补码的算术运算： ALU可完成布尔运算； 同时完成两个16bit运算（具有两个16位的ALU） 组成：ALU组成框图见下图,ALU组成框图,（2）累加器 功能：存放参加运算的数据或存放运算的结果（ALU或MAC） 组成：三个部分（保护位作用：数据位余量，防止溢出，迭代运算）,累加器A和B的差别仅
8、在于累加器A的3116位可以作为乘法器的一个输入。,（3）桶形移位器 功能：能把输入的数据进行0 31bit左移和0 16bit右移 移位数可以用以下方式定义： 用一个立即数(-1615)表示。 用状态寄存器ST1的累加器移位方式(ASM)位表示，共5位，移位数为-1615。 用T寄存器中最低6位的数值(移位数为-1631)表示。 用途：位提取、数字定标、扩展算术和溢出保护等，如：桶形移位器和指数译码器，可把A/B中的值在一个周期内进行归一化。,（4）乘/加单元 组成：1717bit乘法器、40bit加法器、符号控制、小数控制、零检测器、舍入器、溢出/饱和逻辑、暂存器； 功能：一个单指令周期内
9、完成1717bit的二进制补码运算； 用途：卷积、相关、滤波（LMS）、欧氏距离等运算；,（5）比较、选择和存储单元 功能：从累加器（32bit）选择出较大的字（16bit）并存储在数据M； 用途：在数据通信、模式识别等领域，经常要用到Viterbi(维特比)算法。C54x DSP的CPU的比较、选择和存储单元(CSSU)就是专门为Viterbi算法设计的进行加法/比较/选择(ACS)运算的硬件单元。,（6）指数编码器 组成：完成EXP单周期指令的专用硬件； 功能：将累加器中的指数值能以二进制补码的形式存储在T中； 指数值含义：累加器中为消除非有效符号位所需移动的位数； 计算：累加器的冗余位数
10、-8； 范围：813，超过32位，该操作产生负值； 用途：累加器内容归一化；,3.特殊功能寄存器（P41） （1） 第一类(26个) 功能：主要用于程序的运算处理和寻址方式的选择及设定 含义： 辅助寄存器AR0-AR7：产生16bit数据空间，通用R； 暂存器TREG：乘（加）法指令存放一乘数、EXP指令结果； 过渡寄存器TRN（状态转移寄存器）：用来得到新的度量值存放中间结果Viterbi（用于在Viterbi算法中记录转移路径）； 堆栈指针寄存器SP：指示栈顶在数据M位置，向下生长；,缓冲区大小寄存器BK：在循环寻址中确定缓冲区中数据的大小； 块循环寄存器BRC：确定一代码循环的次数； 块
11、循环起始地址RSA：循环的开始地址； 块循环 结束地址REA：循环的结束地址； 中断标志寄存器IFR：指明各中断源的状态； 中断屏蔽寄存器IMR：独立的屏蔽特定的中断； 其它：累加器A、B，方式控制R：PMST，状态R：ST0/ST1等。,（2）第二类（17个） 功能：用于控制片内外设（串口、定时器、机器周期设定等） 串口控制：,缓冲串口,ABU收发地址：,定时器 ：,其它 ：,小结 （CPU）： DSP的内部控制逻辑完成各种具体流水线指令操作，它对于使用者是保密的。 使用DSP实质上就是掌握上述特殊功能寄存器的功能及用法。 对SFR功能的了解程度，直接关系到所设计程序的质量（运行速度、运算精
12、度、代码效率、可靠性等） 学习DSP硬件结构，很大程度上是掌握SFR的正确使用。本章首先掌握ST0；ST1；PMST,2.4 存储器和I/O空间 C54x的总存储空间为192K字 存储器的组成（分为3个可选择的存储空间）：, C54x 片内有随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。RAM有两种类型：单寻址RAM(SARAM)和双寻址RAM(DARAM)。 C54x 片内有26个映像到数据存储空间的CPU寄存器和外围电路寄存器。 C54结构上的并行性及在片RAM的双寻址能力，使它能够在任何一个给定的机器周期内同时执行4次存储器操作，即1次取指、读2个操作数和写1个操作数。,1. 存储空间的分
13、配 在C54x中，片内存储器的形式有DARAM、SARAM和ROM 3种，取决于芯片的型号。RAM总是安排到数据存储空间，但也可以构成程序存储空间，ROM一般构成程序存储空间，也可以部分地安排到数据存储空间。 C54x通过PMST的3个状态位(MP/MC、OVLY、 DROM)，可以很方便地“使能”和“禁止”程序和数据空间中的片内存储器。 以C5402为例给出了数据和程序存储区图，并说明了与MP/、OVLY及DROM 3个状态位的关系。,说明： （1）DSP的工作方式控制寄存器中的OVLY（D5）位控制00003FFFH存储空间的片内/片外分配； （2）DSP的工作方式控制寄存器中的MP/MC
14、（D6）位控制4000FFFFH存储空间的片内/片外分配； （3）TMS320C5402的23条程序地址线可扩展外部程序储存器到1M字。共16页，每页64k字。,2.程序存储器 多数C54x DSP的外部程序存储器可寻址64 K字的存储空间。它们的片内ROM、双寻址DARAM以及单寻址SARAM，都可以通过软件映像到程序空间。 当存储单元映像到程序空间时，处理器就能自动地对它们所处的地址范围寻址。如果程序地址生成器(PAGEN)发出的地址处在片内存储器地址范围以外，处理器就能自动地对外部寻址。,(1)程序存储器-片内程序存储器 片内存储器是否作为程序存储器，取决于软件对PMST的状态位 MP/
15、MC和OVLY的编程。表27。 TMS320C54X片内ROM容量范围2K48K字； 为了增强处理器的性能，对片内ROM再细分为若干块，这样就可以在片内ROM的一个块内取指的同时，又在别的块中读取数据。图2.14。,片内高2 K字ROM中的内容是由TI公司定义的，这2K字程序空间(F800hFFFFh)中包含的内容。如图2.15。 自举加载程序。从串行口、外部存储器、I/接口自举加载。 256字A律压扩表。 256字律压扩表。 256字正弦函数值查找表。 中断向量表。 自举加载程序，可以将用户代码调入到程序存储器的任何一个位置。 MP/MC硬件复位时=0，CPU从FF80H单元（通常存放转移指令自举加载程序）开始执行。,(2)程序存储器-片外程序存储器 最多可扩展到1M, 分为015页,23位地址线代替16位的地址线 (C5402为20位的地址总线，C5420为18位) ，扩展程序存储器的页号由XPC寄存器设定。为了通过软件切换程序存储器的页面，有6条专用的影响XPC值的指令。,3. 数据存储器 (1) 片内数据存储器 C54X片内数据存储器容量范围10K
